CN103205237B - 二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法 - Google Patents

二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103205237B
CN103205237B CN201310004064.4A CN201310004064A CN103205237B CN 103205237 B CN103205237 B CN 103205237B CN 201310004064 A CN201310004064 A CN 201310004064A CN 103205237 B CN103205237 B CN 103205237B
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium dioxide
cerium
preparation
value
cerium oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310004064.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103205237A (zh
Inventor
李永绣
项神佑
周新木
李静
周雪珍
李东平
刘艳珠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN201310004064.4A priority Critical patent/CN103205237B/zh
Publication of CN103205237A publication Critical patent/CN103205237A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103205237B publication Critical patent/CN103205237B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，是将二氧化钛粉体加入到含分散剂的去离子水中，固体浓度为100～200g/l，用氢氧化钠稀溶液调节pH值在9.5～11.5范围，超声分散1～30min，得到悬浮性能良好的浆料。在50℃～90℃和搅拌条件下，往该浆料中加入硝酸铈溶液，其加量按所含氧化铈与二氧化钛的重量比1～10∶100计算，搅拌均匀后老化10-30min，继续加入氢氧化钠稀溶液调节pH值在6.0～10.0范围，再次老化10～30min，使铈离子水解沉积在二氧化钛颗粒表面；抽虑、洗涤，在110℃干燥1～24h，磨细后置于马弗炉中于400～700℃下煅烧2h，取出后磨细，得到所需的二氧化钛负载氧化铈抛光粉。本发明的制备方法简单方便，价格低廉，对硅片表面抛光的速度高和精度高。

Description

二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法
技术领域
本发明涉及一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，所制得的抛光粉特别适用于硅片化学机械抛光。
背景技术
化学机械抛光(CMP)是目前最重要的全局平坦化技术，也是超大规模集成电路制造(ULS工)工艺中的全局平坦化的唯一技术。硅片是集成电路及发光二极管的主要衬底材料，其表面粗糙度是影响集成电路刻蚀线宽和薄膜生长的重要因素之一。随着集成电路集成度的不断提高，特征尺寸的不断减小，对硅片的加工精度和表面质量的要求越来越高。因此，高质、高效抛光粉的制备就是全局平坦化技术的重点和关键。
化学机械抛光工艺是利用抛光(浆料)液的化学作用和外加压力的机械作用，在抛光垫上对硅片进行抛光。在化学和机械的协同作用下，获得高的切削速度和高质量的抛光硅片，因此抛光粉粒子的化学活性和硬度在化学机械抛光中显得至关重要。
目前.国际上硅抛光技术广泛采用的磨料为SiO2，其次为氧化铈。由于SiO2磨料的硬度与硅晶片的硬度相当，容易使硅晶片表面产生划痕，影响硅片质量。采用CeO2磨料可以取得更高抛光效率和选择性，但随着国家对稀土资源的调控，CeO2磨料的价格翻了几番，抛光成本大幅度增加，使相关企业面临前所未有的压力。本发明旨在开发一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉CeO2TiO2，以弥补上述存在的问题和不足。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，采用该方法制备的抛光粉对硅晶片进行抛光，抛光速度快，抛光质量高，后清洗方便，制备工艺简单易行。
本发明的技术方案是:以锐钛型二氧化钛为核，硝酸铈为铈源，六偏磷酸钠为表面活性剂，稀氢氧化钠为pH值调节剂，采用水解法合成了二氧化钛负载氧化铈抛光粉。
本发明的具体工艺步骤如下:
[1]将二氧化钛粉体加入到含分散剂六偏磷酸钠的去离子水中，二氧化钛粉体浓度为100～200g/l，六偏磷酸钠的加量以P2O5计为二氧化钛粉体质量的0.5%;用氢氧化钠稀溶液调节pH值在9.5 ~ 11.5范围，超声分散1～30min，得到悬浮性能良好的浆料；
所述二氧化钛粉体可以是锐钛矿型二氧化钛,其粒径控制在100~1500nm之间；
[2]在50℃~ 90℃和搅拌条件下，往该浆料中加入硝酸铈溶液，其加量按所含氧化铈与二氧化钛重量的比值1～10：100计算，搅拌均匀后老化10～30min，继续加入氢氧化钠稀溶液调节pH值在6.0~10.0范围，再次老化10～30min，使铈离子水解沉积在二氧化钛颗粒表面；
[3]抽虑、洗涤，在110℃干燥1～24h，粉碎后置于马弗炉中于400～700 ℃煅烧2h，取出后粉碎，得到所需的二氧化钛负载氧化铈抛光粉CeO2TiO2。
本发明的有益效果是：通过水解法在二氧化钛颗粒外面负载了一定量的氧化铈颗粒，大大增强了抛光过程中磨料粒子的化学活性，进而明显提高抛光速率且对单晶硅片不产生表面缺陷、降低表面粗糙度，从而实现对硅片的高效、低成本和超高精度化学机械抛光。
附图说明
图1: 所用二氧化钛粒子的扫描电镜图；其粒径大部分小于1000纳米，颗粒分散性良好。
图2: 所用二氧化钛粒子的XRD衍射图，表明其晶相为锐钛矿型。
图3: 不同煅烧温度下，5%CeO2TiO2抛光粉的XRD图；随着煅烧温度的不断升高，粉体中立方萤石型氧化铈晶相越来越明显，表明在高温下有氧化铈析出，而在中温下主要以无定形或固溶体形式存在。
图4: 煅烧温度对材料去除速率的影响，表明当煅烧温度为600℃时，抛光粉对硅片抛光的去除速率最大。
图5:抛光粉中CeO2与TiO2的质量比对材料去除速率的影响，表明当CeO2与TiO2的质量比为5:100时，抛光硅片时的去除速率最大。
图6: 抛光粉制备过程中Ce3+水解pH值对材料去除速率的影响，表明当Ce3+水解pH值为7.0时，抛光粉对硅片抛光材料去除速率最大。
图7: CeO2、TiO2以及5%CeO2TiO2对硅片抛光材料去除速率的对比图，表明5%CeO2TiO2抛光粉比纯氧化铈和纯二氧化钛对硅片抛光的材料去除速率有大幅度提高。
图8: 二氧化钛负载氧化铈抛光粉的透射电镜图，表明二氧化钛粒子外面负载了一层氧化铈颗粒。
图9: 实施例6抛光后单晶硅片表面的SEM图，未观察到明显的划痕。
图10: 实施例6的单晶硅片抛光后表面AFM图；其表面粗糙度为
0. 00035nm，证明其表面非常平整。
具体实施方式
实施例1:
称取100g的从市场上购买的TiO2粉体(其电镜照片和XRD衍射图分别如图1,2所示。其颗粒粒度范围为:100 ~ 1500nm，晶相为锐钛矿型二氧化钛)和0.5%(以P2O5计)六偏磷酸钠混合，用去离子水和NaOH配制成pH值为10.5、浓度为200g/l的浆料； 
将上述配好的浆料超声分散20min，置入合适的容器中放在恒温水浴锅内，剧烈搅拌(浆料不溅出为准)，温度调节为70℃,在30min内加入按氧化铈与二氧化钛质量比为5:100计算的100g/l左右的硝酸铈溶液，老化浆料15min，在30min内，加入适量的0.1mol/l的NaOH溶液，调节pH值为10.0，再次老化30min，抽滤、洗涤；
将抽虑、洗涤后的前驱体在110℃的恒温烘箱内干燥24h，用高速万能粉碎机粉碎后，放在马弗炉中，在一定温度下（105、400、500、600、700、800、900℃）煅烧2h，粉碎后得到所需的抛光粉；
用所得抛光粉配制成抛光浆料，其固含量为0.25%或01%，将所得浆料分别用于单晶硅片的抛光。抛光实验采用UNIPOL-802型抛光机，抛光压力0.09Kg/cm2，抛光盘转速128rpm，浆料流速12000m1/min,采用SartoriusCP225D精密电子天平(精度0.01mg)对硅片抛光前后称重，计算其反映抛光切削速率的材料去除速率((MRR值)。将所得MRR值对煅烧温度作图，如图5。证明二氧化钛负载氧化铈抛光粉对硅片的抛光性能与煅烧温度有密切关系，煅烧温度过高过低都会减弱其对硅片的抛光性能，煅烧温度为600℃时，磨料粒子的化学活性和硬度处于最佳值，从而使其对硅片的抛光性能处于最佳值。
实施例2: 
按实施例1类似的方法，固定煅烧温度为600℃，Ce3+水解pH值为10.0，改变复合氧化物中氧化铈与二氧化钛质量比，分别测定其MRR值，将所测MRR值对铈钛质量比作图，见图6。证明二氧化钛负载氧化铈抛光粉中铈钛氧化物质量比对硅片抛光的性能有重要的影响，随着铈钛氧化物质量比的不断增大，MRR值先增大后减小，当铈钛氧化物质量比为5:100时，MRR值最大。
实施例3: 
按实施例1类似的方法，固定煅烧温度为600℃，铈钛质量比为5:100，改变Ce3+水解pH值，分别测定其MRR值，将所测MRR值对Ce3+水解pH值作图，见图7。证明Ce3+水解pH值与二氧化钛负载氧化铈抛光粉对硅片的抛光性能有非常密切的关系，当Ce3+水解pH值为7.0时，MRR值最大。
实施例4: 
按实施例1类似的方法，固定煅烧温度为600℃，铈钛质量比为5:100，Ce3+水解pH值为6.0，测定其MRR值，再与CeO2以及TiO2对硅片抛光的MRR值进行对比，见图8。证明二氧化钛负载氧化铈抛光粉对硅片抛光的MRR比CeO2及TiO2都有大的提高。
实施例5: 
按实施例1类似的方法，固定煅烧温度为600℃，铈钛质量比为5:100，Ce3+水解pH值为7.0，所得二氧化钛负载氧化铈抛光粉的TEM照片如图8，表明二氧化钛粒子外面包覆一层氧化铈颗粒。测得MRR=115.5nm/min，RMS=0.00046nm，Ra=0.00035nm。所得抛光后硅片的SEM照片如图9，其原子力显微镜照片及粗糙度结果如图10所示。证明所得单晶硅片具有很高的表面光洁度。

Claims (2)

1.一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，其特征是:
[1]将二氧化钛粉体加入到含分散剂六偏磷酸钠的去离子水中，二氧化钛粉体浓度为100～200g/l，六偏磷酸钠的加量以P2O5计为二氧化钛粉体质量的0.5%；用氢氧化钠稀溶液调节pH值在9.5 ~ 11.5范围，超声分散1～30min，得到悬浮性能良好的浆料；
 [2]在50℃~ 90℃和搅拌条件下，在步骤[1]浆料中加入硝酸铈溶液，其加量按所含氧化铈与二氧化钛重量的比值1～10：100计算，搅拌均匀后老化10～30min，继续加入氢氧化钠稀溶液调节pH值在6.0~10.0范围，再次老化10～30min，使铈离子水解沉积在二氧化钛颗粒表面；
[3]抽虑、洗涤，在110℃干燥1～24h，粉碎后置于马弗炉中于400～700 ℃煅烧2h，取出后粉碎，得到所需的二氧化钛负载氧化铈抛光粉CeO2TiO2。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法，其特征是所述二氧化钛粉体是锐钛矿型二氧化钛,其粒径控制在100~1500nm之间。
CN201310004064.4A 2013-01-07 2013-01-07 二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法 Expired - Fee Related CN103205237B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310004064.4A CN103205237B (zh) 2013-01-07 2013-01-07 二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310004064.4A CN103205237B (zh) 2013-01-07 2013-01-07 二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103205237A CN103205237A (zh) 2013-07-17
CN103205237B true CN103205237B (zh) 2014-11-26

Family

ID=48752646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310004064.4A Expired - Fee Related CN103205237B (zh) 2013-01-07 2013-01-07 二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103205237B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1108279A (zh) * 1993-11-24 1995-09-13 科尔-麦克基化学公司 耐久颜料二氧化钛及其生产方法
CN102344698A (zh) * 2011-07-28 2012-02-08 重庆大学 一种无机复合包膜钛白粉及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1108279A (zh) * 1993-11-24 1995-09-13 科尔-麦克基化学公司 耐久颜料二氧化钛及其生产方法
CN102344698A (zh) * 2011-07-28 2012-02-08 重庆大学 一种无机复合包膜钛白粉及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103205237A (zh) 2013-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102337086B (zh) 氟氧化镧铈稀土抛光液及其制备方法
CN104559798B (zh) 一种氧化铝基化学机械抛光液
CN101786902B (zh) 一种硅酸锆包裹硫硒化镉大红色料的制备方法
CN105565359A (zh) 一种平均粒径可调的超细氧化铈抛光粉的制备方法
JP2011122102A (ja) 炭化珪素の研磨液及びその研磨方法
CN103881586B (zh) 蓝宝石抛光液的制备方法
CN103814102B (zh) 玻璃研磨用复合颗粒
CN104745146A (zh) 含铈掺杂二氧化硅纳米复合磨粒溶胶、抛光液及其制备方法
Dong et al. Preparation of ellipsoidal rod-shaped silica nanocomposite abrasives by Chromium ion/PEG200 induced method for sapphire substrates chemical mechanical polishing
CN113897177A (zh) 一种复合氧化物磨粒及其制备方法
CN104694081A (zh) 含钴掺杂二氧化硅纳米复合磨粒溶胶、抛光液及其制备方法
CN105733507A (zh) 一种壳核包覆型氧化铈-氧化硅复合磨粒的制备方法
CN104877633A (zh) 镁元素掺杂氧化硅溶胶复合磨粒、抛光液及其制备方法
CN106010297B (zh) 一种氧化铝抛光液的制备方法
CN109111854A (zh) 一种钇铈稀土抛光粉及其制备工艺
CN108017998A (zh) 一种cmp抛光液的制备方法
CN101092543B (zh) 抛光浆料及其制备方法和抛光基板的方法
CN107353833A (zh) 高选择性浅槽隔离化学机械抛光浆料及其制备工艺
CN103205237B (zh) 二氧化钛负载氧化铈抛光粉的制备方法
CN111073518B (zh) 一种硅铝复合抛光粉的制备方法
CN102337085A (zh) 铈锆复合氧化物抛光粉制备方法
JP6436018B2 (ja) 酸化物単結晶基板の研磨スラリー及びその製造方法
CN109749631A (zh) 一种氧化铝基化学机械抛光液
Pei et al. Evolution of the phases and the polishing performance of ceria-based compounds synthesized by a facile calcination method
CN105176492A (zh) 镧元素掺杂氧化硅溶胶复合磨粒、抛光液组合物及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141126

Termination date: 20160107

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee